Werkzeugoptimierung und Simulation des Kompaktierungsverhaltens von Carbonfaserpreforms im RTM Prozess mittels thermomechanischer Materialmodellierung

Institute

Lehrstuhl für Carbon Composites (TUM-ED)

Type

Semester Thesis / Master's Thesis /

Content

experimental / theoretical /  

Description

Der Einsatz moderner Leichtbauwerkstoffe birgt ein enormes Potenzial zur Reduzierung des Strukturgewichts von Flugzeugen.
In den letzten Jahrzehnten ist der Gewichtsanteil von Faserverbundwerkstoffen in der Luftfahrt kontinuierlich gestiegen
(Abb. 1). Mit der Entwicklung hin zu größeren, lasttragenden Strukturen steigen die Anforderungen an Bauteilqualität
und Prozesssicherheit. Die Verwendung von vorimprägnierten Halbzeugen (Prepregs) ist derzeit das am häufigsten
angewandte Verfahren zur Herstellung von Bauteilen in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Für die Herstellung dickwandiger,
komplexer Teile gewinnt jedoch der Resin-Transfer-Molding (RTM) Prozess an Bedeutung. Er bietet potentiell höhere Produktionsraten
und Kostenvorteile. Im Gegensatz zu Prepreg-Verfahren wird kein Autoklav benötigt, sondern trockenes Fasermaterial
wird vorgeformt (Preform), in einem Werkzeug eingelegt und festgeklemmt (kompaktiert). Dann wird das Harz
injiziert und härtet im (beheizten) Werkzeug aus. Für qualitativ hochwertige Bauteile ist ein hohes Prozessverständnis nötig.
Ziel der Arbeit ist zweite Station in der RTM-Prozesskette (Abb. 2). Es soll das Kompaktierungsverhalten eines Carbonfasertextils
mit thermoplastischen Binder modelliert und in einer Werkzeuggeometrie simuliert werden. Durch den Einsatz
von Bindern und Harzen mit höherer Aushärtetemperatur müssen auch bei der Kompaktierung thermische Effekte berücksichtigt
werden. Aus den Simulationsergebnissen können Schlüsse für den Werkzeugbau und den Faservolumengehalt
gezogen werden, welche dann in die nachfolgenden Prozessschritte einfließen (z.B. Füllsimulation). Am LCC gibt es eine
Reihe von Vorarbeiten, an die die Studienarbeit anknüpfen kann.

Schwerpunkte der Arbeit
- Einarbeitung in das Thema RTM Prozess, Kompaktierungsverhalten von textilen Halbzeugen
- Entwicklung eines Kompaktierungsmodells mit Vernetzung der Werkzeuggeometrie und geeigneten Randbedingungen
mittels kommerzieller FEM Software (z.B. Ansys)
- Entwicklung eines analytischen Ansatzes zur Erweiterung des Kompaktierungsmodells um Temperaturabhängigkeit
- Kalibrierung und Validierung des Modells mit Versuchsdaten
- Bestimmung des zu erwartenden Faservolumengehalts und der Werkzeugkräfte
- Analyse und Dokumentation der Ergebnisse

Hinweis: Der Umfang der Arbeit ist je nach Typ (Ba/Sa/Ma) und Interessenschwerpunkt anpassbar.
 

Requirements

Voraussetzungen
- Selbständige Arbeitsweise und sorgfältige Bearbeitung
- Interesse an: RTM, Composite Fertigung, FEM, viskoelastische Materialmodellierung, Werkzeugdesign
- Anwendung von Literaturverwaltungsprogramm

Possible start

sofort

Contact

M.Sc. Dominik Boos
Room: MW1431
Phone: 08928915079
dominik.boostum.de

Announcement